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□袁博中铁第五勘察设计院集团有限公司
【摘要】截止到2018年8月，在京津城际，“复兴号”C R400A F、C R400B F动车组已完全取代“和谐号”C R H系列动车组。在 复兴号初步投运之际，对其两种车型进行测试，掌握其电气负荷特性及其对牵引供电系统电能质量的影响是非常有必要的。本文先简 述京津城际牵引供电系统和动车组交直交型牵引传动系统，然后分析京津城际重联运行的C R400A F、C R400B F动车组和地面变电所 的各电气置同步监测数据，给出了电压和电流有效值、总谐波畸变率。本文基于实测数据评估了两种型号的“复兴号"动车组在实际 线路上重联运行的性能，为今后相应车型在高速铁路全面投入使用时的牵引供电专业设计和运维人员提供了实用参考。
【关键词】负荷特性电能质量C R400A F C R400B F实测数据
引言
350k m/h速度等级的“复兴号”动车组有C R400A F、C R400B F两个车型，与C R H380A(L)/B(L)等既有车型，在电气负荷特性上，例如负荷大小、谐波频谱方面存在一定的差异。当新型的动车组重联运行时，其大容量、高速度等特点对所在线路牵引供电系统供电能力、车网匹配特性提出了新的要求。
因此，对实际线路运行的新车型开展车网同步测试，再 基于实测数据评估其运行性能很有必要，这也将为今后牵引供电系统的设计和运维人员提供实用的参考。
对于电力机车（包括动车组）电气负荷特性的研究，不 论是交直型还是交直交型，国内外都有不少研究成果，为本文对新车型的研究提供了方法参考。文献[1]建立了一种交直型电力机车在牵引工况下的数学模型，利用牛顿一拉夫逊法进行迭代求解，得出电力机车的谐波电流。文献[2]根据机车不同的运行方式建立机车模型，提出利用Lagufirre多项 式的逼近函数进行电力机车谐波电流估计。文献[3]对高速机车以额定功率运行时谐波的动态特性进行了计算和分析，采用双傅立叶级数和Besse丨函数推导出P W M整流器谐波电压的计算式。
文献|4]在建立交直交型动车组Simulink仿真模型的基础上，研究了动车组在再生制动时产生的谐波规律。文献[5] 以M A T L A B/S i m u l i n k K软件为平台，对C R H2型动车组在不同牵引工况和不同网压下整流器网侧电流的变化规律进行了分析与总结。文献[6]利用Matlab/Simulinlc建立通用的髙速动车组与牵引网的联和仿真模型，对高速动车组的不同工况和不同出力下的谐波特性进行了仿真分析。
以上研究均是采用数学解析法与计算机仿真，其中数学解析法的数学推导过程较为复杂，数学公式难以表述列车在不同工况下的谐波的变化情况，其结果可能与实际运行数据存在较大的误差；计算机仿真方法则没有数学解析法的复杂推导过程，但由于实际列车参数等细节，特别是控制参数很难精确掌握，导致其结果与实际结果仍存在一定的差距；而 通过实测法，可以直观准确的得到列车运行数据，通过对实测数据的统计分析，寻各电气量的变化规律是一种可行的分析途径。
本文借鉴实测法的方式，即通过对京津城际C R400A F 与C R400B F动车组展开的实地测试，给出两种型号动车组分别重联运行时不同工况不同速度等级下的运行数据，并对其电气负荷特性作出分析评估。
—、系统简介
1.1京津城际牵引供电系统
京津城际铁路全长约117k m，起始于北京南站，终止于天津站。全线设武清和亦庄两座变电所，A T分区所和变电所之间设A T所，设计最高行车速度为350k m/h。
京津城际铁路除北京南站与动车组走行线外，正线全部采用单相50H Z、交流2*25k V全并联A T供电方式，图1给 出了全并联A T供电方式结构图，全线牵引变电所、A T分区 所、A T所按无人值班设计。
图2牵引变压器接线形式
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全并联A T供电方式[7]是在变电所出口处和每个自耦变
压器处将上下行牵引网的接触线（T)、钢轨（R )和负馈线（F)
通过横连线进行了连接，全并联A T供电方式与不并联的A T
宋茜与昌珉供电方式相比，减小了牵引网的阻抗、减小了电压损失、降
低了钢轨电位、降低了对通信线路的干扰。
牵引变压器是牵引变电所的核心设备，京津城际铁路沿
线的亦庄和武清牵引变电所各有4台220k V/2*27.5k V牵引
变压器，其接线形式为V X接线，如图2所示。
V X接线形式的牵引变压器的原边电流I A，I B，I c，与副
边电流I T1，I F1，1x2，k的关系为：
1 0
,ri ’fi W2 J f2.
V X接线形式的牵引变压器主要应用于A T供电方式下，变压器二次侧分为接触线T和正馈线F两个绕组，绕组中间接地。
1.2动车组电气原理
1.2.1动车组牵引传动系统简介
“复兴号”C R400A F和C R400B F动车组均为4动4拖 设计，分为2个动力单元，每2节动车为1个动力单元，共用一台牵引变压器。整列车配置两台受电弓分别位于3车与6车。
牵引供电系统为单相工频25k V交流电，车顶的受电弓将电能经牵引变压器供给四象限整流器，四象限整流器将单相交流电整流成直流电，再由逆变器输出三相交流电，供给牵引电机为机车输出动力。
图3为“复兴号”动车组单个动力单元牵引传动系统简化示意图，其采用交直交型主电路结构，牵引传动系统主要由受电弓、主断路器、牵引变压器、整流器、中间直流环节、牵引逆变器、三相异步交流电机等组成，四象限整流器的性能表现决定了整个牵引传动系统的电气特性。
图3单个动力单元牵引传动系统简化示意图
1.2.2四象限整流器简介
参照P W M调制m的原理，进行P W M调制，就可以在四象限整流器桥臂的交流侧产生正弦调制的电压波形，波形中含有与三角载波有关频率的高次谐波，但这些高次谐波只会使交流电流产生很小的脉动。如果忽略这种脉动，当正弦信号的频率和电源频率相同时，交流电流为频率与电网频率相同的正弦波。
忽略P W M谐波成分，四象限整流器网侧等效电路如图4所示。
式中“为电网电动势，M为电网电流，乂为调制电压，心为
牵引变压器二次侧漏感，心二次侧漏阻，由此可知，当以电
网电动势为参考时，通过控制交流电压即可实现P W M
整流器的四象限运行。
二、 动车组电气负荷特性分析
2.1试验安排
为满足实际运营线路的大运量，高速度要求，要求试验
中C R400A F与C R400B F动车组运行方式均为两列8编组列
车重联运行，在京津城际分别进行不同速度等级下的往返试
验（北京南站-天津站），线路上没有其他车型运行，并在
受电弓相应的车厢监测列车的网压和网流；同时在铁路沿线
的牵引变电所监测北京方向的母线电压和各馈线电流。
2.2电压，电流有效值及电压THD
下面给出不同速度等级下，C R400A F和C R400B F动车
组重联运行时车上网压，网流有效值及网压T H D曲线和地
面变电所所监测的母线电压，馈线电流以及T线电压T H D
曲线，如图5-6。
根据图5-6给出的行车过程中动车组及地面变电所实测
数据，可知：
1.C R400A F和C R400B F重联动车组在不同等级下，车 顶网压波动均较小，在26.0-27.5k V范围，C R400A F重联动
车组其中一列的最大取流在450A水平，C R400B F重联动车
组其中一列的最大取流在418A水平；
2. 两种车型车顶网压畸变程度较小，网压T H D大部分时间处在1%-4%范围，C R400A F停靠站时可达到40%，
C R400B F停靠天津站时可达到5%，少数T H D突出的散点为
过分相数据；
3. 两种车型在行车试验阶段地面变电所母线电压波动较小，在25.7-27.5k V范围，未出现因车网高次谐波谐振引起
的网压大幅上升的情况，在行车至相应供电臂时，T线电压
总谐波畸变率集中在1.5%_5.5%之内，并且比较集中，并未
出现高次谐波引起的谐振过电压现象。
三、 结论
本文介绍了京津城际的牵引供电系统的构成以及交直交
型动车组的牵引传动系统的工作原理，根据测试获得的车网
同步监控数据，给出了列车和地面变电所的电压电流有效值，
总谐波畸变率，对C R400A F与C R400B F动车组重联运行的
电气负荷特性作出了评估，得出C R400A F与C R400B F动车
组分别重联运行时，牵引网电能质量良好。
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时间（时：分）
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03 30
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时间（时：分）
变电所北京方向电压、电流有效值及T 线电压T H 1)
(C R 400A F 行车试验阶段）
（C R 400B F 行车试验阶段）
图6 地面变电所北京方向监测数据
参考文献
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[7】李芳菲.基于机车实际功率模型的高铁牵引供电能力分析研究[Dj .石家庄铁道大学，2016.[8】李倩.高速铁路牵引变压器供电能力分析研究[D】.石家庄铁道大学,2015.
[9丨刘玉洁.高速列车牵引传动系统直流电压脉动机理及影响的研究[D ].北京交通大学，2010.
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)C R 400A F 动车组受电弓处网压、网流有效值及网压T H D (h )C R 400B F 动车组受电弓处网压、网流有效值及网压T H D
(全程 300km/h )
(达速 350km/h )
图5
维c动车组受电弓处的监测数据
地面变电所：
互联网+应用宋晓英个人资料简介
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受电弓处：
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